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    基于STM32F103ZET6的仓库智能运货车设计

      信息来源:   发布时间:2022-01-12  点击数:

    0 引言

    智能小车作为新兴的发明产物, 是未来研究发展的方向。随着我国科学技术的进步, 智能化和自动化技术越来越普及, 智能机器人也越来越多样化。智能小车是一个集环境感知、规划决策, 自动行驶等功能于一体的综合系统, 它集中运用了计算机、传感、信息、通信、导航及自动控制等技术, 是典型的高新技术综合体, 应用广泛。在复杂的道路环境中, 它能操纵自如, 避开障碍物并按预定的路线行驶, 这是小车的核心功能。而随着经济的快速发展, 仓库货物堆积现象日益严重, 尤其是电商仓库, 传统的仓库拣货存在人力消耗大、资金耗费多、速度慢、时间长、工作效率低的问题, 因此多功能的仓库运货智能车应运而生。

    仓库智能运货车以STM32单片机为主控核心, 在车体上搭载红外光电传感器和超声波传感器, 红外传感器主要用于路面信息采集和运货卸货, 超声波避障传感器用于障碍物感知, 采用L298N电机驱动芯片驱动直流电机, 速度检测模块为扩展模块, 用于实时检测小车左右轮的速度, 采用3.3V-5V直流电源对小车进行供电, 最终实现小车自主智能化运卸货, 循迹避障等功能。实践证明, 该系统电路结构简单, 功耗低, 性价比高, 安全性和可靠性高, 具有较好的实用价值。

    1 设计方案

    智能仓库运货系统主要包括单片机控制模块、循迹模块、键盘输入模块、避障模块、速度检测模块、电机驱动和电源七个模块。它利用单片机对智能车进行基本控制, 使用键盘输入实现运货路径的择取和确定货物所在货架的高度, 运用传感器采集数据并对数据进行相应处理, 采用电机驱动实现自动装卸货功能。具体设计框图如图1所示。

    图1 系统设计方框图

    图1 系统设计方框图  下载原图


    1.1 单片机控制模块

    本系统采用STM32F103增强型系列的STM32F103ZET6芯片作为智能小车控制模块的核心, 通过STM32F103ZET6利用程序来完成对仓库运货车的控制, 它是32位基于ARMcortex-M3内核带512K字节闪存的微控制器, 其功耗低, 性能高, 成本低。硬件电路采用上电复位方式, 系统时钟源采用8MHZ的有源晶振, 如果外部接了8MHZ的晶振, 可以切换到外部的8MHZ晶振, 并由PLL锁相环9倍频到72MHZ, 外接的72MHZ晶振作为主控时钟, 为RTC提供时钟信号。

    1.2 红外电路

    基于红外传感器受外界干扰程度较小、实时性较好、原理简单、成本低等优势, 本系统的循迹模块采用红外光电传感器。利用反射式红外线光电传感器在单片机的控制下使小车按黑色轨迹行走。红外模块是由红外传感器模块和红外主板模块组成。红外传感器的发射端发射信号, 信号反射回来时, 接收端接收信号, 传感器模块再把信号反馈给红外模块的主板, 经过比较器电路处理之后, 信号输出接口输出数字信号。通过电位器调节旋钮可以控制红外模块的灵敏度。

    1.3 避障模块

    超声波检测相对红外检测检测距离远, 而且有很强的抗干扰能力, 使用超声波检测将大大提高小车的实用性。所以本系统避障模块采用超声波传感器, 它能探测到障碍物并准确地绕过障碍物。超声波测距原理是超声波发射器向某一方向发射超声波并计时同时进行, 而在空气中传播时超声波只要碰到障碍物就立即返回来, 一旦收到反射波其接收器就立即停止计时。

    1.4 电机驱动系统

    电机驱动系统分为电动机模块、电机驱动模块和调速模块。电动机模块采用减速比为1:34的直流电机作为电动机, 电机驱动模块采用具有强驱动能力的L298N芯片, 调速模块采用脉宽调速方式即PWM调速技术。在驱动电路中, PWM1波形由单片机PA6口输出, 电机转速由PA7口输出的PWM2波形所控制, 电机转向由PA6和PA7输出状态值来控制, 1A、2A作为一个电机的输入, 1Y、2Y作为输出, 将芯片电压VCC和电机电压VBAT加在L298N芯片上, 利用芯片内部的H桥控制小车工作在正转、反转、刹车状态。

    2 系统软件设计

    本系统采用的是C语言编程, 并且在单片机的基础上加入了RT-Thread实时操作系统。主控制器STM32F103ZET6基于ARM核, 该系统选择目前ARM内核单片机开发的主流工具Keil MDK。该设计采用模块化结构, 将系统总体程序分为主程序、循迹子程序、避障子程序、电机驱动程序等, 充分利用模块化的优势来完成小车行驶的循迹避障功能。

    图2 循迹设计流程图

    图2 循迹设计流程图  下载原图


    2.1 循迹设计子程序

    小车的循迹模块执行方式是当小车循迹模块都没有检测到黑带并且没有检测到障碍物体时, 小车直行;当小车循迹模块同时检测到黑带时, 小车向左侧转向, 直到小车右侧检测到白带为止, 此时小车已进入循迹模块路线上, 则直接进入正常的循迹检测逻辑判断;当小车左侧检测到黑带, 小车向左侧偏转, 右侧同理, 直到两侧同时检测到白带为止, 小车直行。设计流程如图2所示。

    2.2 避障设计子程序

    小车避障模块执行方式是如果避障模块同时没有检测到障碍物体时, 小车直行;如果小车同时检测到有障碍物体时, 小车向左侧转向后直行;如果小车左侧检测到障碍物体时, 小车向右转向并且直行, 同理, 如果小车右侧检测到有障碍物体时, 小车向左侧转向并且直行。设计流程如图3所示。

    图3 避障设计流程图

    图3 避障设计流程图  下载原图


    3 总结

    本设计实现了基于STM32F103ZET6微控制器的自动运货卸货、循迹和避障的仓库智能运货车, 成本低, 可靠性高。由于时间和精力关系, 只实现了基本功能, 后续可加以改进, 如在智能车上引入蓝牙模块实现无线通信功能, 更好地体现人机交互。

    标签: 仓库 仓库管理



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